基于交通故障報(bào)警系統(tǒng)的組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

江 麗，吳軼群

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，湖南衡陽(yáng)，421002）

基于交通故障報(bào)警系統(tǒng)的組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

江 麗，吳軼群

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，湖南衡陽(yáng)，421002）

用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。其中，組合邏輯電路是由最基本的邏輯門電路組合而成。文章以交通故障報(bào)警系統(tǒng)為例介紹了三種設(shè)計(jì)方案，以便學(xué)生熟悉常見(jiàn)組合邏輯電路的特點(diǎn)及應(yīng)用。

組合邏輯電路；故障報(bào)警；設(shè)計(jì)方法

0 引言

交通故障報(bào)警系統(tǒng)作為智能交通設(shè)施，是可靠性監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分，可及時(shí)傳遞故障信息，具有良好的穩(wěn)定性, 用數(shù)字電子技術(shù)完成對(duì)交通故障報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而體現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基本原理和方法，本文從組合邏輯電路的不同設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)了此交通故障報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。

使用中、小規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)組合電路是最常見(jiàn)的邏輯電路。而使用不同的中小規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)組合電路設(shè)計(jì)步驟和方法又有區(qū)分，文章詳細(xì)給出了三種不同設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能系統(tǒng)。

1 故障報(bào)警電路的常規(guī)設(shè)計(jì)方法

1.1采用基本邏輯門電路進(jìn)行設(shè)計(jì)

圖1 設(shè)計(jì)組合電路的一般步驟

組合邏輯電路可以有若干個(gè)輸入變量和若干個(gè)輸出變量，其每個(gè)輸出變量是其輸入的邏輯函數(shù)，其每個(gè)時(shí)刻的輸出變量的狀態(tài)僅與當(dāng)時(shí)的輸入變量的狀態(tài)有關(guān)，與本輸出的原來(lái)狀態(tài)及輸入的原狀態(tài)無(wú)關(guān)。電路沒(méi)有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化，類似于電阻性電路，如加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都屬于此類。

使用中、小規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)組合電路是最常見(jiàn)的邏輯電路。設(shè)計(jì)組合電路的一般步驟如圖1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求建立輸入、輸出變量，并列出真值表。然后用邏輯代數(shù)或卡諾圖化簡(jiǎn)法求出簡(jiǎn)化的邏輯表達(dá)式。并按實(shí)際選用邏輯門的類型修改邏輯表達(dá)式。 根據(jù)簡(jiǎn)化后的邏輯表達(dá)式，畫(huà)出邏輯圖，用標(biāo)準(zhǔn)器件構(gòu)成邏輯電路。最后，用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。

組合邏輯電路的基本設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）定義輸入輸出變量：定義設(shè)有紅黃綠A、B、C三盞燈，只亮一盞為正常情況，亮兩盞或三盞燈同時(shí)亮或三盞燈同時(shí)不亮均為故障情況（黃綠兩盞燈同時(shí)亮為正常情況）。亮燈為1，不亮為0，輸出為Y，出現(xiàn)故障為1，正常則為0。

（2）根據(jù)邏輯功能列出真值表，如表1所示。

圖2 邏輯電路圖

圖3 設(shè)計(jì)圖

表1 真值表

（3）寫出輸出邏輯函數(shù)表達(dá)式

（4）化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式

（5）畫(huà)出邏輯電路圖，如圖2所示。

1.2用74LS138譯碼器進(jìn)行設(shè)計(jì)

二進(jìn)制譯碼器實(shí)際上也是負(fù)脈沖輸出的脈沖分配器。若利用使能端中的一個(gè)輸入端輸入數(shù)據(jù)信息，器件就成為一個(gè)數(shù)據(jù)分配器（又稱多路分配器），如圖3所示。若在S1輸入端輸入數(shù)據(jù)信息，S2＝S3＝0，地址碼所對(duì)應(yīng)的輸出是S1數(shù)據(jù)信息的反碼；若從S2端輸入數(shù)據(jù)信息，令S1＝1、S3＝0，地址碼所對(duì)應(yīng)的輸出就是S2端數(shù)據(jù)信息的原碼。若數(shù)據(jù)信息是時(shí)鐘脈沖，則數(shù)據(jù)分配器便成為時(shí)鐘脈沖分配器。

根據(jù)輸入地址的不同組合譯出唯一地址，故可用作地址譯碼器。接成多路分配器，可將一個(gè)信號(hào)源的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)讲煌牡攸c(diǎn)。

由于n個(gè)輸入變量的二進(jìn)制譯碼器的輸出提供了2n個(gè)最小項(xiàng)，而任何一個(gè)邏輯函數(shù)可以變換為最小項(xiàng)之和的標(biāo)準(zhǔn)與-或表達(dá)式。因此可利用譯碼器和門電路來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路。

1.3 用74LS151數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)行設(shè)計(jì)

將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)表達(dá)式：

將不存在的最小項(xiàng)乘以0，存在的最小項(xiàng)乘以1，得到：

即：

2 結(jié)論

此交通故障報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)只亮一盞為正常情況，無(wú)輸出報(bào)警信號(hào)；顯示結(jié)果為綠燈亮，當(dāng)兩盞或三盞燈同時(shí)亮或三盞燈同時(shí)不亮均為故障情況（黃綠兩盞燈同時(shí)亮為正常情況），暑促報(bào)警信號(hào)，此時(shí)紅燈亮。用較為簡(jiǎn)單的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用背景的交通故障報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

江麗（1982—）講師，研究生，研究方向：電路與系統(tǒng)。

The design of combinational logic circuits based on the traffic fault alarm system

Jiang Li，Wu Yiqun
（ Hunan Technical College of Railway High-Speed，Hengyang Hunan，421001）

Digital circuits which handling the calculation of values using Arithmetic and logical operations. Can be classified into two classes: combination logic circuit and order part logic circuit. Among them, combination logic circuit consists of the most basic logic circuits. as the traffic fault alarm system for example, This article introduces The three different designs, so that the students could grasp it better for the common feature and application of the combination logic circuit ,

combination logic circuit ; logic voter system